低介电常数聚合物材料的研究进展

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第20卷第4期高分子材料科学与工程v。1．2O，N0．42004年7月POLYMERMATERIALSSCIENCEANDENGINEERINGJu1．2004低介电常数聚合物材料的研究进展袭锴，徐丹，贾叙东(南京大学高分子科学与工程系，江苏南京210093)摘要：综述了低介电常数(1ow一志)材料研究的基本情况，以及可用于微电子领域的低介电常数聚合物材料，包括材料的化学结构和基本物理性质。并着重介绍了带有纳米孔的超低介电常数材料的研究进展。同时，对低介电常数材料的制备工艺也进行了简要的总结。关键词：低介电常数；聚合物；纳米孔；聚硅氧烷中图分

2、类号：TB383文献标识码：A文章编号：1000-7555(2004)04—0001—051引言2目前主要的low—k材料当集成电路的特征尺寸减小至180nm或从传统意义上可将低介电常数材料分为有更小时，互连寄生的电阻，电容引起的延迟，串机和无机两大类；从引入的低介电基团来看可扰和能耗已成为发展高速、高密度、低功耗和多以分为芳族聚合物、含氟材料、硅材料及空气功能集成电路需解决的瓶颈问题[1]。互连金属隙；从结构上可分为本体材料和纳米微孔材料。线用Cu代替Al，层间及线间介质用低介电常为达到更低的介电常数，在实际low一是材料中通常是几种原理同时作用。数(1ow一是)材料代替SiO：以及线及

3、线间，层及Tab．1收集了一些常见low一是材料的具体层问的几何尺寸、工艺、材料等对电性能和热性数据。本文重点讨论聚合物low一是材料。能影响的模拟和优化设计是当今为解决该瓶颈2．1本体low—k材料问题的三项主要技术。2．1．1芳基聚合物类：很多聚合物的介电常数SemiconductorManufacturingandTech—都很低(志=2．0--~3．0)，但是能够应用于微电子nology(SEMATECH)曾经预测，2004年对志技术中的并木多，关键问题在于大多数聚合物值的期望在2以下[引。当然，对于任何用于替代耐温性差，一般都在200℃以下，不能满足现有SiOz的低介电常数材料，

4、不仅要求材料的电子电路和芯片的要求。所以，有应用价值的聚介电常数尽可能低，还必须同时满足目前集成合物一般均含芳基或者含有多元环，以增加其电路对材料的要求[引：①热稳定性在400℃以耐温性。早期的低介电常数材料多为芳基聚合上(。或最高退火温度高于400℃)；②力学强物，下面介绍几种芳基聚合物材料。度大；⑧低离子浓度；④击穿电场超过2MV／(1)聚酰亚胺(PI)：二酐与二胺先加聚生成cm；⑤憎水性；⑥易于图形化和腐蚀；⑦低的热聚酰胺酸，再加热硬化生成聚酰亚胺[¨。自2O膨胀系数和膜应力；⑧与不同的底材有良好的世纪80年代起聚酰亚胺就被用作低介电材料，粘结性；⑨高温下与金属导体反应惰性。这类材具

5、有较高的耐热性、力学性、电气绝缘性、耐化料通常可被分为无机物类的和有机聚合物类，学腐蚀性，但其志值一般在2．9．-~3．52：间，不能其介电常数可分别归类为：志>3．0，志一2．5～达到超低介电常数的要求，个别是值在2．5左3．0，和志<2．2(超低介电常数)。除材料本身右，但小于250C，现阶段已很少用单一聚外，成型工艺也是材料是否能被工业化应用的酰亚胺类作为低介电材料。一个重要因素。(2)聚芳基醚：聚芳基醚志值一般在2．8左收稿日期：2003—05—03；修订日期2004—04—05作者简介：袭锴(1978一)，男，博士生．联系人：贾叙东维普资讯http://www.cqvip.com

6、2高分子材料科学与工程2004年ItpolyarylateIIlfluorinatedmaterialIIlsil~eousmaterialIIVlnanoporousmaterialIVlOtherI·laseriesofmateria1．右，最高耐温450℃，通过芳基二酚与芳基二卤极化完全消失，但是过量的F会导致Si—F：的化物(F、CI)在碱性(K：CO。)高温(160℃～220生成，不利于介电常数的降低，所以掺杂F的℃)反应2h～12h制得[‘]。但多数聚芳基醚耐量要严格控制。Si()F一般介电常数在3或低于温性和力学性能不够理想。3，具有很好的力学强度和耐热性。(3)SiLK：S

7、iLK是一种多芳基碳氢化合物(2)掺氟聚酰亚胺：采用含氟二酐与含氟二的商品名，它由Dowchemical公司研制并命胺反应可得掺氟聚酰亚胺，随着F的引入，有名，现巳使用在微电子芯片中其正一2．65，能效降低分子极化，降低介质正值，比较无氟聚酰耐450℃高温，有较好的力学强度和耐腐蚀性。亚胺有较大的改进。如6FXDA—TFDB的正一现在研究SiLK材料不仅是改进其组分以达到2．4，一420℃，并保持较好的力学强度[‘]。更